3.4.1 Introdução
Esta secção detalha o modelo simplificado para simulação do comportamento dinâmico de ae- rogeradores desenvolvido. Este modelo foi inicialmente desenvolvido para utilização do software PSS / E como injetor de corrente. Na secção 4 será explicada a estratégia utilizada para que o modelo proposto fosse aceite pelo Matlab/Simulink.
Figura 3.11: Diagrama de blocos do modelo genérico do aerogerador simplificado [20]
O modelo dinâmico proposto neste documento inclui uma representação simplificada de um mecanismo que permite a sua participação na regulação primária de frequência e tal como aconte- cia no modelo apresentado em 3.5, este modelo também permite a regulação de tensão, bem como a representação dos limites de injeção de corrente por parte do geradores respetivo comportamento em situação de sobrevivência a cavas de tensão.
Este modelo, foi desenvolvido a partir de uma solução proposta pelos trabalhos apresentados em [20, 30, 21].
Do ponto de vista de integração do modelo apresentado, e para efeitos de realização de estu- dos, o aerogerador é representado como uma carga negativa, especificando-se tanto em potência ativa como reativa reativa produzida (A convenção utilizada será a de P<0 e Q<0). De forma a
3.4 Modelo Genérico do Gerador eólico simplificado 33
mudar a convenção e facilitar a leitura de resultados, inverteu-se o sentido dos blocos de leitura do MATLAB/Simulink. Este pormenor será explicado com mais detalhe no capítulo 4.
Nas secções seguinte, procurar-se-á, fornecer uma explicação da forma como este modelo funciona apresentando os diagramas de blocos das partes constituintes. Assim, o modelo proposto sugere as correntes do eixo direto ide quadratura iqa introduzir na rede.
3.4.2 Regulação da corrente do eixo direto
De uma forma genérica a regulação de corrente do eixo direto é realizada como se descreve o diagrama de blocos presente na figura 3.12. A entrada do bloco P0é obtida a partir do modelo
em regime permanente (Este valor pode ser obtido utilizando se inicializarmos o modelo descrito em 3.5 retirando o valor da sua produção de potência ativa) e assim obtém-se a corrente de eixo direto em regime permanente id p, sendo ela uma relação entre a potência e a tensão aos terminais
do gerador V .
Outra entrada do diagrama de blocos da figura 3.12, refere-se à regulação primária de frequên- cia. A entrada ∆ω será a diferença entre a frequência angular síncrona e a frequência angular da rede, que neste caso será lida no barramento de potência infinita. Isso pode ser justificado recorrendo à seguinte demonstração:
Sendo ωRedea frequência angular da rede:
ωRede=∑ ωMiTMi
MT= ∑ Mi
(3.20) Relembre-se que de acordo com o que já foi dito, devido ao desacoplamento entre a frequência angular da rede e a frequência angular dos aerogeradores, estes não têm influência na inércia da rede. Desenvolvendo para um sistema composto por uma máquina síncrona e o barramento de potência infinita:
ωRede=ω1M1M+ω∞M∞
T
MT = M1+ M∞
(3.21) Como M∞ M1, ficámos com:
ωRede=
ω∞M∞
M∞
≈ ω∞ (3.22)
Daqui se conclui que a frequência angular da rede pode ser aproximada com a frequência angular do barramento de potência infinita.
Esta secção do diagrama de blocos pretende simular o comportamento do aerogerador quando este é solicitado a participar no serviço de regulação primária de frequência e a sua saída id∆pserá
a variação de potência ativa à saída do aerogerador.
Após a soma de id pcom id∆p, caso a tensão caia abaixo do valor V1, torna-se necessário ajustar
Figura 3.12: Diagrama de blocos da regulação da corrente do eixo direto [30]
Caso V > V1:
ilimd 0 = id
Caso V < V1:
ilimd 0 é ajustado consoante a função definida pelo polígono {(V2, A2), (V1, A1)}.
3.4.3 Regulação da corrente do eixo em quadratura
Tal como a regulação de corrente do eixo direto, a regulação da corrente do eixo de quadratura iqpode ser demonstrada pelo diagrama de blocos da figura 3.13. A partir do modelo em regime
permanente (inicialização da rede através do trânsito de potência), é possível obter a corrente de eixo de quadratura em regime permanente iqvem função da potência reativa injetada Q0e da tensão
nominal do aerogerador V .
A outra secção do diagrama de blocos em causa, refere-se à capacidade do aerogerador de regular a tensão. A saída desse bloco será a variação de potência reativa à saída do aerogerador, que em função da respetiva tensão terminal é transformada numa variação da corrente do eixo de quadratura iq∆v.
Caso a tensão aos terminais do aerogerador cai abaixo de V1, torna-se necessário ajustar a
corrente do eixo de quadratura através da função representada pelo polígono {(V2, R2), (V1, R1)}.
3.4 Modelo Genérico do Gerador eólico simplificado 35
Caso V > V1:
ilimq 0= iq
Caso V < V1:
ilimq 0 é ajustado consoante a função definida pelo polígono {(V2, R2), (V1, R1)}.
3.4.4 Limites de corrente a injetar
Os diagramas de blocos responsáveis pela limitação de corrente a injetar pelo aerogerador são representador nas figuras 3.14 e 3.15. O bloco dos limites de corrente garante que o valor absoluto da corrente, composta pela corrente no eixo direto e em quadratura, não ultrapassa um limite superior imax. A saída do mecanismo de limitação da corrente injetada é atualizada em
função do valor da tensão existente nos terminais do aerogerador. Caso a tensão seja superior a V1, a proporção entre id e iq é mantida. Caso contrário, mantêm-se a corrente no eixo em
quadratura, reduzindo a corrente no eixo direto. Deste modo, consegue-se que o gerador no eixo em quadratura, reduzindo a corrente no eixo direto. Assim garante-se que o gerador injete corrente reativa em condições de tensão terminal reduzida.
Figura 3.14: Diagrama de blocos do mecanismo de limitação da corrente injetada [30]
Na figura 3.15, pode-se ver o diagrama de blocos do conversor eletrónico do aerogerador que transforma as correntes em parte real e parte imaginária. Para além desta pequena transformação, o bloco ainda possui duas funções transferência que representam respetivamente, a constante de tempo de resposta da corrente sobre o eixo direto e sobre o eixo de quadratura, permitindo obter a corrente a injetar pelo modelo.
Por fim, para o modelo ficar completamente caracterizado, é necessário definir os limites da cava de tensão que o modelo do aerogerador pode suportar, onde VMN é a tensão mínima e VM
a tensão máxima admissível e TM é o intervalo de tempo durante o qual o aerogerador suporta
a tensão mínima. Em caso de o aerogerador não consiga cumprir a curva da cava de tensão (figura 3.16) este é automaticamente colocado fora de serviço.
Figura 3.15: Diagrama de blocos do conversor eletrónico [30]
Mediante parametrização adequada do polígono {(V2, R2), (V1, R1)} e da curva referente à cava
de tensão esquematizada na Figura 3.16, é possível adequar a característica de resposta do modelo ao que é imposto pelo regulamento da rede de transporte em vigor. Adicionalmente, a parametri- zação adequada das constantes de tempo Td e Tqpermite definir os tempos de resposta à injeção
de corrente na sequência de uma cava de tensão.
Capítulo 4
Implementação dos Modelos
4.1
Introdução
No capítulo anterior, foram apresentados os modelos dinâmicos incluídos na plataforma de si- mulação, agora pretende-se explicar como foram implementados na plataforma MATLAB/Simulink.
Neste capítulo não se dará tanta importância aos aspetos teóricos, mas sim aos aspetos da própria implementação.